城市新建過(guò)街通道上穿地鐵區(qū)間隧道安全性分析

　　摘要：新建地鐵車(chē)站出入口超淺埋暗挖過(guò)街通道上穿已建成營(yíng)運(yùn)中地鐵1號(hào)線區(qū)間隧道，兩者結(jié)構(gòu)凈距只有715mm，為確保施工安全、地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)安全及正常運(yùn)營(yíng)，文章通過(guò)計(jì)算分析通道施工對(duì)既有區(qū)間隧道的影響，為科學(xué)決策提供可靠的依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：超淺埋通道，地鐵區(qū)間，既有隧道，近鄰施工

　　1、引言

　　近年來(lái)，城市軌道交通建設(shè)如火如荼，出現(xiàn)大量在既有地下結(jié)構(gòu)周?chē)�修建新的地鐵、鐵路隧道及其它一些市政工程現(xiàn)象，且越來(lái)越多，距離越來(lái)越近。這勢(shì)必造成新建結(jié)構(gòu)對(duì)既有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的影響關(guān)系，對(duì)既有結(jié)構(gòu)受力和變形不利。在新建結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程中會(huì)改變既有結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)及受約束邊界條件，若是施工不當(dāng)造成既有結(jié)構(gòu)承載力下降，變形過(guò)大直至開(kāi)裂必然會(huì)影響既有結(jié)構(gòu)正常運(yùn)營(yíng)。為此必須對(duì)既有結(jié)構(gòu)在新建結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中進(jìn)行安全性評(píng)估。

　　2、工程概況

　　某新建地鐵淺埋暗挖出入口通道上穿既有地鐵線左、右線主體隧道，兩者結(jié)構(gòu)盡距為715mm，且既有線主體隧道施工橫通道與主體隧道交點(diǎn)位于出入口通道與主體隧道重疊位置處。其中既有地鐵線主體隧道二次襯砌為素砼結(jié)構(gòu)，受力全部由初期支護(hù)承擔(dān)。具體相互關(guān)系如(圖1、2)所示�！　�

　　圖1新建出入口通與既有地鐵左右線隧道平面位置關(guān)系圖

　　圖2新建出入口通與既有地鐵左右線隧道剖面位置關(guān)系圖　　

　　3、工程地質(zhì)

　　由地面至既有地鐵隧道底部主要地層為：人工填土層<1>；淤泥、淤泥質(zhì)土層<2-1>;粉細(xì)砂層<3-1>；中粗砂層<3-2>；沖積~洪積粘性土層<4-1>；可塑狀殘積粉質(zhì)粘土層<5-1>；硬塑或密實(shí)狀殘積粉質(zhì)粘土層<5-2>；巖石全風(fēng)化帶<6>；巖石強(qiáng)風(fēng)化帶<7>；巖石中風(fēng)化帶<8>；巖石微風(fēng)化帶<9>。各地層主要物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)(表1)。

　　表1土層主要物理力學(xué)指標(biāo)表

　　4、計(jì)算分析

　　4.1計(jì)算模型的建立

　　新建出入口通道與既有地鐵隧道平面近似正交，剖面上緊貼。出入口通道處于城市主干道之下，埋深淺，平均只有4.7m，屬于超淺埋隧道。新建出入口通道隧道施工本身的安全及其施工對(duì)既有隧道安全性影響為本工程重點(diǎn)。鑒于既有地鐵隧道建設(shè)年代久遠(yuǎn)，其隧道結(jié)構(gòu)本身的特殊性，對(duì)出入口通道施工既有隧道結(jié)構(gòu)的影響分析評(píng)價(jià)至關(guān)重要。

　　出入口通道隧道在既有隧道施工時(shí)是對(duì)既有隧道拱頂卸載的過(guò)程，改變了既有隧道受力工況，結(jié)構(gòu)內(nèi)力發(fā)生重分布，隧道結(jié)構(gòu)局部有上拱的趨勢(shì)。為了定量得出新建出入口對(duì)既有隧道影響，本文以既有隧道結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，采用有限元軟件模擬通道施工的卸載工況，進(jìn)行三維有限元分析計(jì)算。

　　由于既有隧道結(jié)構(gòu)二次襯砌為素砼結(jié)構(gòu)，故本文計(jì)算不考慮其承載作用，僅以初期支護(hù)結(jié)構(gòu)為受力對(duì)象。本文采用Ansys軟件用殼單元長(zhǎng)桶形結(jié)構(gòu)模擬既有隧道結(jié)構(gòu)受力工況。

　　4.2計(jì)算結(jié)果分析如(圖3-9)　　

　　圖3既有線隧道橫向彎矩圖（一）圖4既有線隧道橫向彎矩圖（二）　

　　圖5既有線隧道縱向彎矩圖（一）圖6既有線隧道縱向彎矩圖（二）　　

　　圖7既有線隧道變形圖（一）圖8既有線隧道變形圖（二）　　

　　圖9隧道沉降示意圖

　　根據(jù)圣維南原理，既有隧道距離新建出入口通道較遠(yuǎn)部分受力為實(shí)際受力工況，不受出入口通道施工的影響，那么兩端與中部?jī)?nèi)力及變形的差異即為出入口通道施工引起既有隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形的變化，從以上縱、橫向彎矩圖可以看出，隧道中部彎矩相比兩邊較小，是由于拱頂卸載左右所導(dǎo)致，只是內(nèi)力分布發(fā)生了變化，從具體結(jié)果看出，實(shí)際內(nèi)力變小，既有隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力是安全的；同時(shí)由于通道施工卸載作用，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形減小，即隧道沉降示意圖中，隧道有上拱的趨勢(shì)，根據(jù)圖中沉降差值小于5mm，亦可以認(rèn)為既有隧道結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)，不影響其正常運(yùn)營(yíng)�！　�

　　5、 結(jié)論

　　本文采用有限元軟件模擬實(shí)際施工工況，通過(guò)定量的分析結(jié)果可以看出，新建出入口通道隧道在既有隧道上方正常施工，對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)影響較小，仍處于安全狀態(tài)。目前該工程已施工完畢，現(xiàn)場(chǎng)情況及各項(xiàng)監(jiān)測(cè)結(jié)果與計(jì)算分析結(jié)果基本吻合。

　　由此可見(jiàn)，三維有限元模擬比較真實(shí)地反映出施工過(guò)程中內(nèi)力重分布的變化情況，計(jì)算結(jié)果證明上跨既有隧道的新建出入口通道施工是可行的，為將來(lái)類(lèi)似工程提供了借鑒�！�

　　參考文獻(xiàn)

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